Что я фотографирую ВНУТРИ моей камеры?

Я экспериментировал с фотографией при слабом освещении. Я сфотографировал что-то странное в своей камере и не знаю, что это такое. Это изображение изначально взято ...

Кажется достаточно безобидным. После некоторой обработки я обнаружил следующее ...

Что это такое?

Некоторый фон Это было сделано с Nikon D80, установленным на ISO 3200, и выдержкой в ​​течение 30 секунд. Формат изображения был RAW. Был установлен зум-объектив f2.8 - 4, 24 - 85 мм (громоздкий - и я вернусь к этому позже). Изображение было выровнено и кривая растянута (а) GIMP. Все изображения имеют формат RAW или PNG, поэтому там не должно быть никаких артефактов JPEG. Итак, у меня есть несколько вопросов.

1. Что вызывает белый бит в верхней части изображения? Это не легкое кровотечение. Изображение было снято с закрытой крышкой объектива, когда камера находилась в стальном ящике шкафа для документов в моем неосвещенном гараже ночью. Это не легкое кровотечение. Далее, чтобы подтвердить это, я фактически взял 2 кадра, перевернув камеру вверх дном на ее видоискатель. Этот белый бит всегда направлен на видоискатель.

2. Что такое частичный круг, видимый в основной части кадра? Это тепловое изображение? Я полагаю, что камеры на основе датчика CMOS могут немного видеть ближний ИК-диапазон. Объектив довольно громоздкий и, возможно, был теплее, чем основной корпус камеры. Является ли ответ на вопрос (1) также термическим? Верхняя часть камеры имеет много элементов управления и битов там.

3. Что вызывает вертикальные линии на изображении? Это как-то связано с фильтром Байера или линейной адресацией отдельных фотоприемников CMOS?

4. Что вызывает фиолетовые и зеленые пятна? Я понимаю, что это не настоящие цвета, но тем не менее они представляют изменения интенсивности макромасштаба по всему кадру.

есть идеи?

Во-первых, понять пару вещей:

Хотя мы называем эти вещи «цифровыми камерами», процесс превращения фотонов в числа полностью аналогичен. Аналоговые схемы улавливают всевозможные шумы из окружающей среды.

Шум не является одним постоянным значением, это диапазон, который достигает максимума на уровне, называемом уровнем шума . Обработка, которую вы выполнили для черного изображения, растягивает все ниже минимального уровня шума, большая часть которого близка к черному, с начала, по всему спектру от темного до яркого в каждом канале. Гистограммы до и после обработки покажут это.

Что вызывает белый бит в верхней части изображения?

Я предполагаю, что это тепло, возможно, нижняя часть камеры по какой-то причине немного теплее, чем верхняя. Ваша обработка будет преувеличивать это.

Что такое частичный круг, видимый в основной части кадра?

Это может быть что угодно. Датчик может улавливать ИК-сигнал, пропущенный фильтром нижних частот, и вы смотрите на крышку объектива. Это может быть результатом деформаций, вызванных тем, что датчик поднимался сзади с помощью присоски во время сборки, или незначительными нагрузками, которые оказывали на него удерживающие детали. Я уверен, что Nikon знает, но, учитывая, насколько низок этот шум, об этом либо не стоит заботиться, либо это учитывалось при разработке остальной части камеры.

Что вызывает вертикальные линии на изображении?

В этих условиях лучшая теория состояла бы в том, что какая-то цепь часов в теле индуктирует частоту тока на одну из аналоговых частей на регулярной основе. Если вы ознакомитесь с этим руководством по преобразованию инфракрасного излучения D80 , то заметите, что на той же плате, что и датчик, и другие компоненты находятся рядом на основной плате за ним. Есть много возможностей для такой утечки.

Что вызывает фиолетовые и зеленые пятна?

Датчики в цифровых камерах являются самыми шумными в синем канале , и если вы посмотрите на композицию пурпурного цвета RGB, синего будет намного больше, чем красного или зеленого. Зеленые пятна могут быть результатом того, что некоторые части камеры по-разному шумят. Опять же, ваша обработка преувеличивает эти различия. Большинство цветов на самом деле настолько близко к черному, что вы никогда не заметите их иначе.

Может быть, это представляет собой небольшое изменение температуры датчика.

Горячий датчик производит больше шума, чем холодный.

Небольшая разница температур может быть объяснена наличием электронных компонентов или тем, как датчик контактирует с другими частями, что позволяет более или менее рассеивать тепло.

Некоторые связанные ссылки:

http://en.wikipedia.org/wiki/Image_noise#Sensor_heat

http://www.zodiaclight.com/astrophotography/chipHeating5.htm

https://thephoblographer.wordpress.com/2010/01/22/freeze-your-camera-get-better-high-iso/

(Я, наверное, попробую это сам, посмотрим, сможем ли мы получить такой же шаблон!)

редактировать

После некоторого обсуждения в комментариях кажется, что сам датчик может производить некоторое значительное количество тепла (благодаря Davidmh и Chris H).

Я попробовал это с моей камерой. Olympus EM-1, ISO 200, 60-е, F2.8. Сырое изображение затем обрабатывается в Lightroom. Камера была в полной темноте, конечно, при комнатной температуре (18 ° C) Вот результат:

Я бы сказал ... ну, не очень убедительно! Кто-нибудь может что-нибудь увидеть? Конечно, это другая камера. Мы должны попробовать с другими D80, чтобы увидеть, если это специфично для этой модели.

Это в основном шум, но от нескольких разных механизмов. Примите во внимание крайнее усиление мелких деталей, которые вы должны были применить, чтобы получить эту картинку. Здесь есть несколько явных источников шума.

Общая зернистость - это случайный шум отдельных сенсоров. Это произойдет. Каждый датчик имеет некоторый конечный случайный шум, добавляемый к любому сигналу, который он измеряет.

Вертикальные полосы - это шум датчика. Ничто не является точным, включая геометрию и другие параметры датчика, как он был изготовлен. Датчик представляет собой прямоугольную матрицу, и некоторые типы ошибок положения и размера матрицы будут отображаться как вертикальные и горизонтальные полосы. Почему ваш показывает больше вертикальных полос, вероятно, связано с точной структурой этого датчика. Обратите внимание, что есть и горизонтальные стейки, но они менее заметны.

Белая часть в верхней части, вероятно, представляет собой небольшую тепловую разницу между нижней и верхней частью датчика. Опять же, вы значительно усилили крошечный шумовой сигнал, так что это может быть результатом небольшой доли градуса C. Электроника должна находиться где-то в камере, и там будет немного больше тепла, чем где-либо еще. Нельзя избежать некоторого теплового градиента на датчике, и он не выходит за пределы линии при таком значительном увеличении шума.

Общий шаблон «двойной D» - это внутренняя часть вашего lenscap. На самом деле, это свидетельствует о низком отношении сигнал / шум этого датчика, что он вообще может отображать изображение внутри крышки объектива. Посмотрите на внутреннюю сторону крышки объектива, и вы увидите эту схему. Попробуйте еще раз поэкспериментировать с поворотом объектива на 90 °, и вы увидите крупномасштабное изображение, повернутое на 90 °.

Вы можете быть удивлены, как он смог отобразить изображение, когда вы позаботились о том, чтобы убрать свет вокруг камеры. Ответ в том, что не виден свет, представьте себе ленскэп. Изображение формируется ближним ИК-диапазоном и происходит из-за небольшой разницы температур и характеристик излучения черного тела из разных частей крышки объектива. Излучение черного тела всегда вокруг нас и испускается каждым объектом, который не имеет абсолютную нулевую температуру. Это включает в себя внутреннюю структуру вашей камеры, объектив и крышку объектива. Объекты при нормальной температуре человека излучают так мало излучения черного тела, а излучение, которое они излучают, находится на такой большой длине волны, что мы этого не замечаем. Обычно ваша камера не Это также невозможно заметить, потому что свет от сцены во много раз сильнее и подавляет ИК-излучение черного тела. В этом случае вы пошли на многое, чтобы исключить этот обычный сюжетный свет и усилить оставшийся крошечный сигнал, и вы едва различаете изображение.

Излучение черного тела незаметно в человеческом масштабе при человеческих температурах, но может быть значительным для некоторых научных измерений. Вот почему датчик в телескопах высокого класса активно охлаждается. Космический телескоп Хаббл использует жидкий гелий, чтобы держать датчик около 4 ° К, если я правильно помню.

Является ли крышка объектива центральным стилем? Похоже, вы можете увидеть контуры крышки зеленого цвета. Если это так, то другие видимые формы (круг), вероятно, также связаны с особенностями линзы. Попробуйте снять объектив и снимать с прикрепленной к нему крышкой, чтобы увидеть, как меняется изображение.

Белая часть может быть легкой (возможно, инфракрасной), проникающей через видоискатель. У моего ремешка камеры есть резиновая вставка, которая надевается на видоискатель, чтобы предотвратить небольшие утечки света при длительных выдержках. Попробуйте покрыть искатель и посмотрите, как это меняет изображение.

Я рекомендую эту статью для возможных объяснений. Это о Pancams, используемых в обоих марсоходах. В нем описывается тщательный анализ источников шума в ПЗС-матрицах и описывается процедура детальной калибровки ПЗС-матриц Pancam.

Вот ссылка на статью: Исследование панорамной камеры Rover Athena (Pancam) по исследованию Марса (PDF документ)

Еще один интересный документ: калибровка в полете и эксплуатационные характеристики приборов Mars E xplorationRover Panoramic Camera (Pancam) (PDF-документ)

редактировать

После игры с исходными и обработанными изображениями в ImageJ я склоняюсь к выводу, что радиальная структура, возможно, является артефактом самой обработки, поскольку она появляется в основном в зеленом канале обработанного изображения. Также есть небольшой намек на кольцо в красном канале. Было бы интересно, какие у вас были этапы обработки.

Вот что я получу, если контрастно улучшу каждый канал по отдельности до минимального и максимального значений по сравнению с версией OP:

Я не вижу подобной структуры в моей версии, кроме вертикальных полос и более светлой верхней границы изображения.

Тот факт, что схема звонка появляется в зеленом канале, но едва в красном канале, говорит против гипотезы IR, потому что, если я не ошибаюсь, IR скорее появится в красном канале. ИК должен, по крайней мере, появляться с такой же интенсивностью в красном канале, если только не будет утечки ИК в зеленом фильтре, но не в красном фильтре.

2-й править

Я думаю, что «оригинальная» версия, показанная здесь, потеряла информацию во время преобразования в формат PNG. Невозможно воссоздать странный узор, видимый на обработанном изображении. Самое близкое, что я мог прийти к обработанной версии, это:

Сначала я увеличил контрастность, не обрезая изображение. Затем я создал трехмерный поверхностный график значений интенсивности, обрезанный до значений улучшенного изображения в диапазоне между 66 (26% из 255) и 26 (10% из 255). Кажется, появляется слегка круговой шаблон, похожий на обработанную версию OP, но я думаю, что остальная часть шаблона потеряна из-за более низкого разрешения в битах PNG-файла.

Оригинальная версия с улучшенной контрастностью выглядит следующим образом:

К счастью, у меня есть D80, поэтому я попытался повторить ваш эксперимент. К несчастью:

• Это было в течение дня;
• Я был в своем гараже, хотя в нем есть окно, из которого какой-то свет просачивался внутрь;
• Мой шкаф деревянный, а не стальной;
• Мой объектив Sigma 18-50 f / 2.8, в отличие от вашего;)

Но я использовал крышку объектива, закрыл корпус и на всякий случай установил диафрагму f / 22. Я сделал два снимка на 30 с на всякий случай и получил одинаковые результаты для обоих, но отличные от ваших:

Это RAW в том виде, в котором она вышла из камеры (с размером 600 пикселей):

Здесь я применил компенсацию экспозиции +4,5 EV к RawTherapee, чтобы получить артефакты:

Это действительно показывает белое свечение сверху, возможно, менее произнесенное только потому, что я не прошел весь контраст. Это также показывает вертикальные полосы, но я не вижу круглую форму.

Я согласен с теорией о неравномерном нагреве на датчике, и полосы могут исходить от технологии CCD датчика. В зависимости от того, как он построен, механизм переноса заряда может вызвать появление полос.

Изображение было снято с крышкой объектива

Что такое частичный круг, видимый в основной части кадра?

Это крышка объектива.